Abstrak. Kata Kunci: motor DC kompon, posisi sikat. 1. Pendahuluan. 2. Motor DC Penguatan Kompon

Transkripsi

1 ANALSS PERBANDNGAN PENGARUH POSS SKAT TERHADAP EFSENS DAN TORS MOTOR DC PENGUATAN KOMPON PANJANG DENGAN MOTOR DC PENGUATAN KOMPON PENDEK (Aplikasi pada Laboratorium Koversi Eergi Listrik FTUSU) Rizky Hardiasyah, A. Rachma Hasibua Kosetrasi Tekik Eergi Listrik, Departeme Tekik Elektro Fakultas Tekik Uiversitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Meda NDONESA Abstrak Pegatura posisi sikat berpegaruh pada kierja dari suatu motor DC. Maka dega megatur letak sikat pada komutator, aka diperoleh efisiesi da torsi yag palig baik dari motor DC tersebut sehigga dapat bekerja dega lebih baik. Pada tulisa ii, peulis megaalisis perbadiga pegaruh posisi sikat terhadap efisiesi da torsi motor DC peguata kompo pajag dega motor DC peguata kompo pedek. Berdasarka hasil peelitia, sudut sikat sebesar 30 di sebelah kaa dari posisi tegah meghasilka efisiesi da torsi tertiggi pada masigmasig jeis motor DC yag diuji. Pada motor DC peguata kompo pajag diperoleh efisiesi da torsi tertiggi sebesar 47,316 % da 6,747 Nm. Sedagka pada motor DC peguata kompo pedek, diperoleh efisiesi da torsi tertiggi sebesar 46,843 % da 7,099 Nm. K Kata Kuci: motor DC kompo, posisi sikat 1. Pedahulua Motor DC sagat bayak diguaka dalam bidag idustri. Pegguaa motor DC dapat dijumpai misalya sebagai motor peggerak beba mekaik. Motor DC yag diguaka di bidag idustri pada umumya memiliki kapasitas daya yag relatif besar da disesuaika dega beba mekais serta jumlah produksi yag diigika. Utuk itu sebuah motor DC harus memiliki efisiesi da torsi yag tiggi. Salah satu jeis motor DC yag bayak diguaka adalah motor DC peguata kompo. Motor DC peguata kompo ada dua jeis yaitu motor DC peguata kompo pajag da motor DC peguata kompo pedek. Tujua dari peelitia ii adalah utuk megetahui perbadiga pegaruh posisi sikat terhadap efisiesi da torsi motor DC peguata kompo pajag dega motor DC peguata kompo pedek. Pada peelitia ii rugirugi besi da rugirugi geseka pada motor dihitug berdasarka datadata yag diperoleh dari hasil pegujia pada kodisi tapa beba, sedagka rugirugi sikat pada motor diabaika. 2. Motor DC Peguata Kompo Motor DC adalah mesi yag megubah eergi listrik arus searah mejadi eergi mekais yag berupa putara. Berdasarka fisikya motor DC secara umum terdiri atas bagia yag diam da bagia yag berputar. Pada bagia yag diam (stator) merupaka tempat diletakkaya kumpara meda yag berfugsi utuk meghasilka fluksi maget sedagka pada bagia yag berputar (rotor) ditempati oleh ragkaia jagkar seperti kumpara jagkar, komutator da sikat [1]. Motor DC bekerja berdasarka prisip iteraksi atara dua fluksi magetik. Ketika kumpara meda da kumpara jagkar dihubugka dega sumber tegaga DC, maka pada kumpara meda megalir arus meda ( f ) pada kumpara meda, sehigga meghasilka fluksi maget yag arahya dari kutub utara meuju kutub selata. Sedagka 11 DTE FT USU

2 pada kumpara jagkar megalir arus jagkar ( a ), sehigga pada koduktor kumpara jagkar timbul fluksi maget yag meligkar. Fluksi jagkar ii aka memotog fluksi dari kumpara meda sehigga meyebabka perubaha kerapata fluksi dari meda utama. Sesuai dega hukum Loretz, iteraksi atara kedua fluksi maget ii aka meimbulka suatu gaya mekaik pada koduktor jagkar yag disebut gaya Loretz. Besar gaya ii sesuai dega persamaa 1 berikut [1]: F = B. i. l (1) Dimaa : F = gaya yag bekerja pada koduktor (N) B = kerapata fluks magetik (Wb/m 2 ) i = arus yag megalir pada koduktor l = pajag koduktor (m) Arah gaya ii dapat ditetuka dega kaidah taga kiri Flemmig. Kaidah taga kiri meyataka, jika jari telujuk meyataka arah dari vektor kerapata fluks B da jari tegah meyataka arah dari vektor arus, maka ibu jari aka meyataka arah gaya F yag bekerja pada koduktor tersebut [2]. Gaya yag timbul pada koduktor jagkar tersebut aka meghasilka mome putir atau torsi. Torsi yag dihasilka motor dapat ditetuka dega persamaa 2 berikut [3]: T a = F. r (2) Dimaa: T a = torsi jagkar (Newtometer) r = jarijari rotor (meter) Apabila torsi start lebih besar dari torsi beba, maka motor aka berputar. Prisip kerja motor DC dapat dilihat pada Gambar 1 berikut: Gambar 1. Prisip perputara motor DC [1] Berdasarka sumber tegaga peguatya, motor DC dibagi mejadi dua, yaitu motor DC peguata terpisah (peguata luar) da motor DC peguata sediri. Salah satu jeis motor DC peguata sediri adalah motor DC peguata kompo. Motor DC peguata kompo merupaka gabuga motor DC peguata seri da motor DC peguata shut. Motor DC peguata kompo dapat dibagi mejadi dua yaitu sebagai berikut: 1) Motor DC Peguata Kompo Pajag Pada motor DC peguata kompo pajag, kumpara meda seriya terhubug secara seri terhadap kumpara jagkarya da terhubug paralel terhadap kumpara meda shut. Ragkaia ekivale motor DC peguata kompo pajag dapat dilihat pada Gambar 2: V t L sh R sh Gambar 2. Ragkaia ekivale motor DC peguata kompo pajag [1] Dari Gambar 2 di atas, diperoleh persamaa tegaga termial motor DC peguata kompo pajag seperti ditujukka oleh persamaa 3: V t = E a a (R s R a ) (3) 2) Motor DC Peguata Kompo Pedek Pada motor DC peguata kompo pedek, kumpara meda seriya terhubug secara paralel terhadap kumpara jagkar da kumpara meda shut. Ragkaia ekivale motor DC peguata kompo pedek dapat dilihat pada Gambar 5: V t L R s s sh R sh Gambar 3. Ragkaia ekivale motor DC peguata kompo pedek [1] Dari Gambar 3 di atas, diperoleh persamaa tegaga termial motor DC peguata kompo pedek seperti ditujukka oleh persamaa 4: V t = E a s.r s a.r a (4) Dimaa: V t = tegaga termial jagkar motor arus searah (Volt) E a = gaya gerak listrik lawa motor arus searah (Volt) s = arus kumpara meda seri (Ampere) R s = tahaa meda seri (Ohm) a = arus jagkar (Ampere) R a = tahaa jagkar (Ohm) R s s R a R a a a E a E a 12 DTE FT USU

3 3. Megubah Pada Motor DC Salah satu faktor yag palig petig agar motor DC dapat bekerja dega memuaska adalah kemampua utuk meeruska arusarus yag diperluka oleh jagkar melalui kotak sikat pada komutator tapa terjadi buga api da tapa rugirugi serta pemaasa yag berlebiha pada sikat da komutator. Buga api dapat meyebabka kerusaka da keausa baik pada komutator maupu sikat [4]. Buga api ii timbul akibat adaya reaksi jagkar pada motor DC. Reaksi jagkar adalah reaksi yag ditimbulka pada jagkar akibat adaya iteraksi atara fluks magetik di kumpara meda dega fluks magetik di kumpara jagkar. Salah satu cara yag dapat dilakuka utuk meguragi reaksi jagkar adalah dega megubah posisi sikat pada motor DC tersebut. Utuk meetuka sudut peletaka posisi sikat pada komutator dapat dilihat seperti Gambar 4 berikut : Gambar 4. sikat pada motor DC [5] Pada keadaa ormal, biasaya sikat ditempatka pada posisi 0. sikat pada motor DC dapat diletakka di sebelah kaa sudut 0 ataupu di sebelah kiri sudut 0 sesuai sudut yag diigika. Pegatura letak posisi sikat selai dapat megatisipasi reaksi jagkar, juga berpegaruh pada ujuk kerja serta efisiesi dari motor tersebut [6]. 4. Aalisis Perbadiga Pegaruh Terhadap Efisiesi da Torsi Motor DC Kompo Pajag Dega Motor DC Kompo Pedek Efisiesi motor DC adalah persetase keefektifa suatu motor DC utuk megubah eergi listrik mejadi eergi mekais yag berupa putara. Sedagka torsi motor DC adalah putara atau pemutira dari suatu gaya terhadap poros motor DC. Utuk megaalisis hubuga atara posisi sikat terhadap efisiesi da torsi pada motor DC kompo pajag da motor DC kompo pedek, maka dilakuka pegujia dega megubah posisi sikat motor pada kodisi tapa beba da kodisi berbeba. Utuk megubah posisi sikat pada motor, perlu ditetuka beberapa titik sudut perubaha posisi sikat. Pada peelitia ii, dilakuka pegujia dega tujuh titik sudut, yaitu titik di posisi tegah atau 0 diikuti tiga titik di sebelah kiri (30, 20 da 10 dari posisi tegah) da tiga titik di sebelah kaa (10, 20 da 30 dari posisi tegah). Motor yag diguaka pada pegujia ii adalah motor DC AEG tipe Gd 110/110 GMot Nr dega peguata kompo yag terdapat di Laboratorium Koversi Eergi Listrik FTUSU dega spesifikasi sebagai berikut: V = 220 V P = 1,2 kw L = 7,1 A sh = A = 1400 rpm Jumlah Kutub = 2 Kelas solasi = B Tahaa Meda Shut (JK) = 1,25 k Tahaa Meda Seri (EF) = 0,6 Tahaa Jagkar (GAHB) = 3,8 Dari pegujia yag dilakuka pada kodisi tapa beba, diperoleh datadata pada Tabel 1 da Tabel 2 berikut ii: Tabel 1. Data hasil pegujia perubaha posisi sikat motor DC peguata kompo pajag pada kodisi tapa beba L a = s sh 30 2,66 2,46 0, ,73 2,53 0, ,81 2,61 0, ,87 2,67 0, ,06 2,86 0, ,09 2,89 0, ,32 3,12 0, Tabel 2. Data hasil pegujia perubaha posisi sikat motor DC peguata kompo pedek pada kodisi tapa beba L = s a sh 30 2,72 2,54 0, ,77 2,59 0, ,84 2,66 0, ,92 2,74 0, ,06 2,88 0, ,12 2,94 0, ,36 3,18 0, DTE FT USU

4 Dari pegujia yag dilakuka pada kodisi berbeba, diperoleh datadata pada Tabel 3 da Tabel 4 berikut ii: Tabel 3. Data hasil pegujia perubaha posisi sikat motor DC peguata kompo pajag pada kodisi berbeba L a = s sh E g (V) 30 5,24 5,04 0, ,46 5,26 0, ,77 5,57 0, ,08 5,88 0, ,71 6,51 0, ,14 6,94 0, ,63 8,43 0, Tabel 4. Data hasil pegujia perubaha posisi sikat motor DC peguata kompo pedek pada kodisi berbeba L = s a sh E g (V) 30 5,27 5,09 0, ,47 5,29 0, ,81 5,63 0, ,16 5,98 0, ,80 6,62 0, ,16 6,98 0, ,64 8,46 0, Berdasarka datadata yag diperoleh dari hasil pegujia pada kodisi tapa beba da kodisi berbeba, maka dilakuka aalisis perhituga utuk medapatka efisiesi da torsi yag dihasilka motor DC kompo pajag da motor DC kompo pedek yag diuji yaitu sebagai berikut: a. Utuk Motor DC Peguata Kompo Pajag dega 30 Pada Kodisi Tapa Beba (P i ) o = V t x L (5) = 220 x 2,66 (P i ) o = 585,2 Watt (P cutotal ) o = ( a ) 2 x R a ( s ) 2 x R s ( sh ) 2 x R s (6) = (2,46) 2 x 3,8 (2,46) 2 x 0,6 (0,20) 2 = 22,996 3, (P cutotal ) o = 76,627 Watt P kosta = (P i ) o (P cutotal ) o (7) = 585,2 76,627 P kosta = 508,573 Watt Pada Kodisi Berbeba P i = V t x L = 220 x 5,24 P i = 1152,8 Watt P cutotal = ( a ) 2 x R a ( s ) 2 x R s ( sh ) 2 x R sh = (5,04) 2 x 3,8 (5,04) 2 x 0,6 (0,20) 2 = 96,526 15, P cutotal = 161,767 Watt P out = P i P cutotal P kosta (8) = 1152,8 161, ,573 P out = 482,46 Watt Pout η = x 100 % Pi 482,46 = x 100 % 1152,8 η = 41,851 % E a = V t a x (R s R a ) = 220 5,04 x (0,6 3,8) = ,176 E a = 197,824 Volt (9) E T a = 9,55 x a a (10) 197,824 5,04 = 9,55 x 1750 T a = 5,441 Nm T a T sh = 9,55 x 5,441 T sh = 9,55 x Rugi Besi 508, ,441 T sh = 2,775 T sh = 2,666 Newtometer Rugi Gesek (11) b. Utuk Motor DC Peguata Kompo Pedek dega 30 Pada Kodisi Tapa Beba (P i ) o = V t x L = 220 x 2,72 (P i ) o = 598,4 Watt 14 DTE FT USU

5 (P cutotal ) o = ( a ) 2 x R a ( s ) 2 x R s ( sh ) 2 x R s = (2,54) 2 x 3,8 (2,72) 2 x 0,6 (0,18) 2 = 24,516 4,439 40,5 (P cutotal ) o = 69,455 Watt P kosta = (P i ) o (P cutotal ) o = 598,4 69,455 P kosta = 528,945 Watt Pada Kodisi Berbeba P i = V t x L = 220 x 5,27 P i = 1159,4 Watt P cutotal = ( a ) 2 x R a ( s ) 2 x R s ( sh ) 2 x R sh = (5,09) 2 x 3,8 (5,27) 2 x 0,6 (0,18) 2 = 98,451 16,668 40,5 P cutotal = 155,619 Watt P out = P i P cutotal P kosta = 1159,4 155, ,945 P out = 474,836 Watt Pout η = x 100 % Pi 474,836 = x 100 % 1159,4 η = 40,955 % E a = V t s x R s a x R a = 220 5,27 x 0,6 5,09 x 3,8 = 220 3,162 19,342 E a = 197,496 Volt E T a = 9,55 x a a 197,496 5,09 = 9,55 x 1700 T a = 5,647 Nm Rugi Besi Rugi Gesek T a T sh = 9,55 x 528,945 5,647 T sh = 9,55 x ,647 T sh = 2,971 T sh = 2,676 Newtometer Dega melakuka cara perhituga yag sama utuk posisi sudut sikat 20, 10, 0, 10, 20, da 30, maka diperoleh efisiesi da torsi yag dihasilka motor DC kompo pajag da motor DC kompo pedek yag diuji seperti pada Tabel 5 da Tabel 6 berikut: Tabel 5. Perbadiga hasil aalisis data pegaruh posisi sikat terhadap efisiesi Efisiesi (%) Motor DC Motor DC Kompo Pajag Kompo Pedek 30 41,851 40, ,210 41, ,907 42, ,768 43, ,799 44, ,699 45, ,316 46,843 Tabel 6. Perbadiga hasil aalisis data pegaruh posisi sikat terhadap torsi Torsi (Nm) Motor DC Kompo Pajag 30 2,666 2, ,062 3, ,393 3, ,950 4, ,720 4, ,317 5, ,747 7,099 Motor DC Kompo Pedek Perbadiga grafik hasil pegujia pegaruh posisi sikat terhadap efisiesi motor DC kompo pajag dega motor DC kompo pedek ditujukka oleh Gambar 5 berikut: Efisiesi (%) vs Efisiesi (Derajat) Kompo Pajag Kompo Pedek Gambar 5. Grafik perbadiga posisi sikat vs efisiesi motor DC kompo pajag dega motor DC kompo pedek 15 DTE FT USU

6 Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa semaki positif sudut pergesera sikat, maka semaki besar pula efisiesi yag dihasilka oleh kedua jeis motor DC yag diuji. Dari Gambar 5 juga dapat dilihat bahwa efisiesi yag dihasilka motor DC kompo pajag lebih besar daripada efisiesi yag dihasilka motor DC kompo pedek. Perbadiga grafik pegujia pegaruh posisi sikat terhadap torsi motor DC kompo pajag dega motor DC kompo pedek ditujukka oleh Gambar 6 berikut: Torsi (Nm) Gambar 6. Grafik perbadiga posisi sikat vs torsi motor DC kompo pajag dega motor DC kompo pedek Dari Gambar 6 dapat dilihat bahwa semaki positif sudut pergesera sikat, maka semaki besar pula torsi yag dihasilka oleh kedua jeis motor DC yag diuji. Dari Gambar 6 juga dapat dilihat bahwa torsi yag dihasilka motor DC kompo pedek lebih besar daripada torsi yag dihasilka motor DC kompo pajag. 6. Kesimpula Grafik Torsi vs (Derajat) Kompo Pajag Kompo Pedek Dari pembahasa yag dilakuka, maka diperoleh kesimpula sebagai berikut: 1. Efisiesi da torsi pada motor DC kompo pajag da motor DC kompo pedek aka meigkat seirig dega bergeserya posisi sikat ke arah kaa dari posisi tegah (posisi 0 ). 2. Pada masigmasig jeis motor DC yag diuji, efisiesi da torsi tertiggi diperoleh pada posisi sikat 30 yaitu sebesar 47,316 % da 6,747 Nm pada motor DC kompo pajag, sedagka pada motor DC kompo pedek sebesar 46,843 % da 7,099 Nm. 3. Pada posisi sikat da beba yag sama, efisiesi yag dihasilka motor DC kompo pajag lebih besar dibadigka efisiesi yag dihasilka motor DC kompo pedek. Sedagka torsi yag dihasilka motor DC kompo pajag lebih kecil dibadigka torsi yag dihasilka motor DC kompo pedek. 7. Ucapa Terima Kasih Peulis megucapka terima kasih kepada Ayahada (Ardi Kesuma) da buda (Zahara) selaku orag tua peulis, r. A. Rachma Hasibua, MT selaku dose pembimbig, juga r. Syamsul Amie, M.Si, r. Raja Harahap, MT da r. Eddy Warma selaku dose peguji peulis yag sudah membatu peulis dalam meyelesaika tulisa ii, serta tematema peulis yag sudah memberika dukuga selama pembuata tulisa ii. 8. Referesi [1]. Purba, Richard N Aalisa Perbadiga Pegaruh Tahaa Pegerema Diamis Terhadap Waktu Atara Motor Arus Searah Peguata Kompo Pajag Dega Peguata Kompo Pedek. Meda: Departeme Tekik Elektro, Fakultas Tekik, Uiversitas Sumatera Utara. [2]. Theraja, B.L A Text Book of Electrical Techology. New Delhi: Nurja Costructio & Developmet. [3]. Rijoo,Yo Dasar Tekik Teaga Listrik. Yogyakarta: Adi. [4]. Fitzgerald, A.E., Charles Kigsley, Jr., da Stephe D. Umas MesiMesi Listrik. Edisi Keempat. Tras. Djoko Achyato. Jakarta: Erlagga. [5]. Aada, Stephaus Atoius da Edhi Taaka Soewagsa Studi Karakteristik Motor DC Peguat Luar Terhadap. Jural Tekik Elektro Vol. 3 No. 2 Hal Surabaya: Jurusa Tekik Elektro, Fakultas Tekologi dustri, Uiversitas Kriste Petra. [6]. Fabayo, A. Muid Aalisa Perbadiga Efisiesi Motor DC Dega Peguat Luar Terhadap. Jural Diamis Vol. 2 No. 12 Hal 110. Jayapura: Fakultas Tekologi dustri da Kebumia, Uiversitas Sais da Tekologi Jayapura. 16 DTE FT USU